Capacitor

Onde são Utilizados os Capacitores?

Os capacitores têm muitas aplicações importantes. Eles são usados, por exemplo, em circuitos digitais para que as informações armazenadas em grandes memórias de computador não sejam perdidas durante uma falha momentânea de energia elétrica.

Capacitores Presentes na Placa de Alimentação

A energia elétrica armazenada em tais capacitores mantém a informação durante a perda temporária de energia . Capacitores desempenham um papel ainda mais importante como filtros para desviar sinais elétricos espúrios e, assim, evitar danos a componentes e circuitos sensíveis causados por surtos elétricos.

Como Funcionam os Capacitores?

Em sua forma básica, um capacitor funciona a partir de duas ou mais placas condutoras paralelas (de metal) que não estão conectadas ou se tocando, mas são eletricamente separadas por ar ou por alguma forma de um bom material isolante, como papel encerado, mica, cerâmica, plástico ou alguma forma de um gel líquido como usado em capacitores eletrolíticos. A camada isolante entre as placas dos capacitores é comumente chamada de Dielétrico .
Devido a esta camada isolante, a corrente CC não pode fluir através do capacitor, pois ela o bloqueia, permitindo que, em vez disso, uma tensão esteja presente nas placas na forma de uma carga elétrica.

Quando usado em uma corrente contínua ou circuito CC, um capacitor carrega até sua tensão de alimentação, mas bloqueia o fluxo de corrente através dele porque o dielétrico de um capacitor é não condutor e basicamente um isolante. No entanto, quando um capacitor é conectado a uma corrente alternada ou circuito CA, o fluxo da corrente parece passar direto pelo capacitor com pouca ou nenhuma resistência.

Modelo Comum de Capacitor

Existem dois tipos de carga elétrica, uma carga positiva na forma de prótons e uma carga negativa na forma de elétrons. Quando uma tensão CC é colocada em um capacitor, a carga positiva (+ ve) se acumula rapidamente em uma placa, enquanto uma carga negativa (-ve) correspondente e oposta se acumula na outra placa. Para cada partícula de carga + ve que chega a uma placa, uma carga de mesmo sinal sairá da placa -ve.

Então as placas permanecem com carga neutra e uma diferença de potencial devido a essa carga é estabelecida entre as duas placas. Uma vez que o capacitor atinge sua condição de estado estacionário, uma corrente elétrica é incapaz de fluir através do próprio capacitor e ao redor do circuito devido às propriedades de isolamento do dielétrico usado para separar as placas.

Esquema Elétrico Capacitor de Placa Paralela

O capacitor de placa paralela é a forma mais simples de capacitor. Pode ser construída com duas placas metálicas ou metalizadas a uma distância paralela entre si, com seu valor de capacitância em Farads, sendo fixada pela área de superfície das placas condutoras e pela distância de separação entre elas. A alteração de quaisquer dois desses valores altera o valor de sua capacitância e isso forma a base de operação dos capacitores variáveis.

Embora tenhamos dito que a carga é armazenada nas placas de um capacitor, é mais exato dizer que a energia dentro da carga é armazenada em um “campo eletrostático” entre as duas placas. Quando uma corrente elétrica flui para o capacitor, ele se carrega, de modo que o campo eletrostático se torna muito mais forte à medida que armazena mais energia entre as placas.

Da mesma forma, conforme a corrente flui para fora do capacitor, descarregando-o, a diferença de potencial entre as duas placas diminui e o campo eletrostático diminui à medida que a energia se move para fora das placas.
A propriedade de um capacitor de armazenar carga em suas placas na forma de um campo eletrostático é chamada de Capacitância do capacitor. Não apenas isso, mas a capacitância também é propriedade de um capacitor que resiste à mudança de voltagem.

O que é Capacitância?

A quantidade de energia elétrica que um capacitor pode armazenar depende de sua capacitância . A capacitância de um capacitor é um pouco parecida com o tamanho de um balde: quanto maior o balde, mais água ele pode armazenar; quanto maior a capacitância, mais eletricidade um capacitor pode armazenar.

Existem três maneiras de aumentar a capacitância de um capacitor. Uma é aumentar o tamanho dos pratos. Outra é aproximar as placas. A terceira maneira é tornar o dielétrico um isolante tão bom quanto possível. Capacitores usam dielétricos feitos de todos os tipos de materiais. Em rádios transistorizados, a sintonia é realizada por um grande capacitor variável que não tem nada além de ar entre suas placas. Na maioria dos circuitos eletrônicos, os capacitores são componentes selados com dielétricos feitos decerâmicas como mica e vidro , papel embebido em óleo ou plásticos como mylar.

Por que os Capacitores Armazenam Energia?

Se você achar que os capacitores são misteriosos e estranhos, e eles realmente não fazem sentido para você, tente pensar na gravidade. Suponha que você esteja no final de alguns degraus e decida começar a subir. Você tem que erguer seu corpo, contra a gravidade da Terra, que é uma força atrativa (de tração). Como dizem os físicos, você precisa "trabalhar" para subir uma escada (trabalhar contra a força da gravidade) e usar energia. A energia que você usa não é perdida, mas armazenada pelo seu corpo como energia potencial gravitacional, que você pode usar para fazer outras coisas (deslizar rapidamente de volta ao nível do solo, por exemplo).

O que você faz quando sobe degraus, escadas, montanhas ou qualquer outra coisa é trabalhar contra o campo gravitacional da Terra. Algo muito semelhante está acontecendo em um capacitor. Se você tem uma carga elétrica positiva e uma carga elétrica negativa, elas se atraem como os pólos opostos de dois ímãs - ou como seu corpo e a Terra. Se você separá-los, terá que "trabalhar" contra essa força eletrostática. Novamente, assim como ao subir escadas, a energia que você usa não é perdida, mas armazenada pelas cargas à medida que se separam. Desta vez, é chamada de energia potencial elétrica . E esta, se você ainda não adivinhou, é a energia que um capacitor armazena. Suas duas placas retêm cargas opostas e a separação entre elas cria um campo elétrico. É por isso que um capacitor armazena energia.

Como podemos Aumentar a Capacitância?

É intuitivamente óbvio que se você tornar os pratos maiores, poderá armazenar mais carga (da mesma forma que se aumentar um armário, você pode colocar mais coisas dentro dele). Portanto, aumentar a área das placas também aumenta a capacitância. Menos obviamente, se reduzirmos a distância entre as placas, isso também aumenta a capacitância. Isso porque quanto menor a distância entre as placas, mais efeito as placas têm umas sobre as outras. A segunda placa, estando mais próxima, reduz ainda mais o potencial da primeira placa, e isso aumenta a capacitância.

A última coisa que podemos fazer para aumentar a capacitância é mudar o dielétrico (o material entre as placas). O ar funciona muito bem, mas outros materiais são ainda melhores. O vidro é pelo menos 5 vezes mais eficaz do que o ar, e é por isso que os primeiros capacitores (potes de Leyden, usando vidro comum como dielétrico) funcionavam tão bem, mas são pesados, impraticáveis e difíceis de espremer em espaços pequenos. O papel encerado é cerca de 4 vezes melhor que o ar, muito fino, barato, fácil de fazer em grandes pedaços e fácil de enrolar, o que o torna um excelente dielétrico prático.

Tipos Comuns de Capacitores

Capacitor de Cerâmica

Usam cerâmica como material dielétrico. Um capacitor de cerâmica é encapsulado com dois terminais que emanam da parte inferior e formam um disco. Um capacitor de disco de cerâmica não tem polaridade e se conecta em qualquer direção na placa de circuito impresso. Em capacitores de cerâmica, uma capacitância relativamente alta é alcançável em um tamanho físico pequeno por causa de sua alta constante dielétrica. Seu valor varia de picofarad a um ou dois microfarads, mas suas classificações de voltagem são relativamente baixas.

Capacitor de Cerâmica

O código de três dígitos impresso em seu corpo é usado para identificar o valor do capacitor no picofarad. Códigos de letras são usados para indicar seu valor de tolerância, como o seguinte: J = 5%, K = 10% ou M = 20%. Por exemplo, o capacitor de disco de cerâmica acima com uma marcação de 154 indica que existem 15 e 4 zeros de picofarad, ou 150.000 pF (150nF).

Capacitor Eletrolítico

São freqüentemente usados quando grandes valores de capacitância são necessários. Eles são comumente usados para ajudar a reduzir as tensões de ondulação ou para aplicações de acoplamento e desacoplamento. Os capacitores eletrolíticos são construídos com duas películas finas de folha de alumínio com uma camada de óxido como isolante. Eles são polarizados e podem ser danificados ou explodir quando conectados incorretamente. Este tipo de capacitor tem uma ampla tolerância, mas não funciona bem em altas frequências.

Capacitor Eletrolítico

Capacitor de Tântalo

São comumente usados para níveis médios de capacitância. Eles são mais usados quando o tamanho e o desempenho são importantes, mas geralmente não têm altas tensões de trabalho e não têm capacidade de corrente muito alta. Os capacitores de tântalo são polarizados e podem explodir quando colocados sob pressão. Eles têm uma tolerância muito baixa para a polarização reversa.

Capacitor de Tântalo com Chumbo

Capacitor de Prata Mica

São usados para muitos circuitos de RF, como osciladores e filtros. A mica prateada oferece um desempenho de alto nível com valores de tolerância estreitos, mas pequenas alterações em termos de temperatura. Ele usa eletrodos de prata que são revestidos diretamente na mica. Várias camadas ajudam a obter o nível necessário de capacitância e essa capacitância é afetada pela área coberta pelos eletrodos.

Capacitor Silver Mica

Capacitor de Filme

Usam um filme plástico fino como dielétrico. Os capacitores de filme são usados em muitas aplicações devido à sua estabilidade, baixa indutância e baixo custo. Eles não são polarizados, portanto, são adequados para sinal AC e uso de energia. Eles também são feitos com valores de capacitância de altíssima precisão e os retêm por mais tempo do que qualquer outro tipo de capacitor.

Capacitor de Filme